《传感器及其应用》课件第12章.pptVIP

4.向微功耗及无源化发展

传感器一般都是实现非电量向电量转化，工作时离不开电源，在野外现场或远离电网的地方，往往是用电池供电或用太阳能等供电，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向，这样既可以节省能源又可以提高系统寿命。

例如，通常的移动通信系统必须保持主应用处理器时刻运行，这样才能收到传感器传来的信号。然而使用智能传感器时，主应用处理器可以完全休眠，节省了将近90%的系统功耗。5.向智能化发展

随着网络技术、微计算机技术和传感技术的发展，传统意义上的传感器已不能适应需要，传感器的智能化是传感器的发展趋势。

计算机技术和传感器技术的结合使传感器智能化。传感器的智能化是一门现代综合技术，它把传感器变换、调理、采集、处理、存储、输出等多种功能集成一体，具有自校准、自补偿、自诊断、自动量程、人机对话、数据自动采集存储与处理等能力，又具有分析、判断、自适应、自学习等功能，大大提高了传感器的测量精确度和方便性，从而可以完成图像识别、特征检测、多维检测等复杂任务。智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。有些智能温度传感器的主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其A／D转换速率、分辨力及最大转换时间。

随着微处理器芯片的发展，其性／价比逐渐提高，已广泛内置在各种传感器中，在此基础上再利用人工神经网、人工智能和先进信息处理技术(如传感器信息融合技术、模糊理论等)，使传感器具有更高级的智能。6.向网络化发展

网络化传感器是计算机技术、通信技术和传感器技术结合的产物，各种现场数据直接在网络上传输、发布与共享，可在网路上任何节点对现场传感器进行在线编程和组态，使测控系统的结构和效能产生重大变革。网络化是传感器发展的一个重要方向，网络传感器必将促进电子科技的发展。

MEMS传感器已成为全世界增长最快的产品之一，除了应用得较早的汽车行业外，目前市场上MEMS传感器的主要应用分布在移动电话(方向检测、手势感应)、游戏、医疗(血压监测、睡眠窒息监测、医疗呼吸设备)和工业领域。MEMS传感器在电子设备和日常生活中的重要性越来越大，它使人类能够感知到自己所处的环境，如位置、方向、速度、高度、角度、温度等。

今后MEMS传感器与系统将会有更大的市场增长。惯性测量器件、微流量器件、光MEMS器件、压力传感器、加速度传感器、微型陀螺等的应用将具有巨大的潜力。图12.8应变电阻形成示意图2.MEMS电容压力传感器

MEMS电容压力传感器与压阻式相比有如下特点：①具有较高的固有频率和良好的动态响应；②低损耗,发热小；③具有高的输出阻抗。

一种电容式压力传感器的结构如图12.9所示。利用MEMS技术在硅片上制造出薄膜作为动极板，承受外界压力作用，在玻璃基片上溅射金属膜作为定极板。硅片和玻璃基片采用键合技术，在定极板和动极板之间形成真空腔，构成典型的压力传感器。其制作工艺流程，如图12.10所示。图12.9MEMS电容压力传感器结构原理图图12.10电容式压力传感器制作工艺流程简图12.4.2MEMS加速度传感器

1.MEMS压阻式加速度传感器

图12.11为一种悬臂梁压阻式加速度传感器原理图。敏感元件通常由一个平行的悬臂梁构成，梁的一端固定在边框架上，另一端固定一个小质量块(例如约10μg)。当有垂直加速度时，质量块运动，对加速度敏感的力导致悬臂梁活动端位移。图12.11悬臂梁压阻式加速度传感器原理图传感器的性能主要由梁和质量块的结构决定，在质量块一定的情况下，梁越长，传感器的灵敏度越高；在梁长一定的情况下质量块越大，传感器越灵敏。图12.12为常用加速度计敏感元件梁结构示意图。图中(a)和(b)所示的悬臂梁,有较高的灵敏度，固有频率较低，频率响应范围窄，且横向加速度灵敏度较大。(c)～(g)所示的梁结构，有较高的固有频率，较宽的频率响应范围，但其灵敏度低于悬臂梁式结构。图(g)所示的八梁结构有最低的横向灵敏度，但其灵敏度也最低。其中，五梁结构灵敏度较适中，横向效应极小。选用何种梁结构作为敏感元件，要从灵敏度、工作频率和采用何种测量电路以及工艺实现加以综合折衷考虑。图12.12加速度计常用梁结构示意图图12.13为另一种压阻式加速度传感器原理图，采用双端四梁结构(e)，该结构具有较高的输出灵敏度并有较低的横向灵敏度。图12.13双端梁压阻式加速度传感器原理图2.MEMS电容式加速度传感器

图12.14和图12.15分别为悬臂梁差动式电容传感器和叉指式电容传感器原理图。图12